Kraften på en leder i et magnetfelt - matematikfysik
Kraften på en leder i et magnetfelt - matematikfysik
Kraften på en leder i et magnetfelt - matematikfysik
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
2 © Erik Vestergaard – www.<strong>matematikfysik</strong>.dkDelforsøg 1 (Strømstyrk<strong>en</strong> I varierer)Anbring holder<strong>en</strong> med vippearm i <strong>et</strong> stativ. Sæt to bananledninger i stikb<strong>en</strong><strong>en</strong>e på vippearm<strong>en</strong>og tilslut ledningerne til jævnstrømsudtag<strong>et</strong> fra <strong>en</strong> strømkilde. Sæt ev<strong>en</strong>tuelt <strong>et</strong>amperem<strong>et</strong>er imellem for at kunne aflæse strømstyrk<strong>en</strong> mere nøjagtigt <strong>en</strong>d på selvestrømkild<strong>en</strong>. Sørg for, at der er skru<strong>et</strong> helt ned for strømm<strong>en</strong>. Hele situation<strong>en</strong> er vist påbilled<strong>et</strong> på forrige side. Tag dernæst strømkreds<strong>en</strong> med størst længde, altså d<strong>en</strong> der ermærk<strong>et</strong> SF42, og sæt d<strong>en</strong> i <strong>en</strong>d<strong>en</strong> af holder<strong>en</strong>s vippearm, som vist på billed<strong>et</strong> herunder.Dernæst skal bruges <strong>en</strong> vægt med <strong>en</strong> nøjagtighed på 0,01 gram. Her er <strong>en</strong> 600 g vægt fraO’Haus <strong>et</strong> godt valg. Stil holder<strong>en</strong> med alle seks permamagn<strong>et</strong>er på vægt<strong>en</strong> og sørg forat plad<strong>en</strong> med strømkreds<strong>en</strong> er juster<strong>et</strong>, så d<strong>en</strong> nederste vandr<strong>et</strong>te del af strømkreds<strong>en</strong>befinder sig i d<strong>et</strong> homog<strong>en</strong>e magn<strong>et</strong>felt i magn<strong>et</strong>ernes gab. D<strong>et</strong> skal være sådan, atstrømkreds<strong>en</strong> hverk<strong>en</strong> rammer siderne eller bund<strong>en</strong> af gab<strong>et</strong>. Nulstil nu vægt<strong>en</strong>, m<strong>en</strong>sstrømkreds<strong>en</strong> er i gab<strong>et</strong>, og der er skru<strong>et</strong> helt ned for strømm<strong>en</strong>. Når der skrues op forstrømm<strong>en</strong>, vil vægt<strong>en</strong>s visning herefter ændre sig, fordi magn<strong>et</strong>felt<strong>et</strong> vil påvirke d<strong>en</strong> delaf strømkreds<strong>en</strong>, der befinder sig i gab<strong>et</strong>, med <strong>en</strong> kraft. Da strømkreds<strong>en</strong> ikke kan bevægesig, vil vægt<strong>en</strong> i sted<strong>et</strong> blive tyng<strong>et</strong> ned ifølge Newtons 3. lov om aktion og reaktion.Hvis vægt<strong>en</strong> viser <strong>en</strong> negativ værdi, bør du lige bytte rundt på ledningerne eller v<strong>en</strong>deholder<strong>en</strong> med magn<strong>et</strong>erne 180 grader, så vægt<strong>en</strong> kommer til at vise <strong>en</strong> positiv værdi.Vægt<strong>en</strong>s værdi kan nemt oversættes til <strong>en</strong> kraft via samm<strong>en</strong>hæng<strong>en</strong> F = m ⋅ g .Vi er nu klar til at for<strong>et</strong>age målingerne: Indstil strømstyrk<strong>en</strong> I på <strong>en</strong> pass<strong>en</strong>de rækkeværdier mellem 0A og 4,0 A og aflæs i hvert tilfælde vægt<strong>en</strong>s visning m. Dermed kanman hurtigt bestemme samm<strong>en</strong>hør<strong>en</strong>de værdier af I og F. Afbild F som funktion af I iLogger Pro. Giver d<strong>et</strong> d<strong>en</strong> samm<strong>en</strong>hæng, som teori<strong>en</strong> forudsiger?Delforsøg 2 (ledningslængd<strong>en</strong> L varierer)Samme opstilling som under delforsøg 1. I sted<strong>et</strong> for at variere strømstyrk<strong>en</strong>, skal vidog her variere længd<strong>en</strong> L af ledning<strong>en</strong>. D<strong>et</strong> gøres i praksis ved, at vi har seks plader
© Erik Vestergaard – www.<strong>matematikfysik</strong>.dk 3med strømkredse til rådighed. Man skal her bemærke, at d<strong>et</strong> kun er d<strong>en</strong> del af kreds<strong>en</strong>,som er vandr<strong>et</strong> og befinder sig i magn<strong>et</strong>gab<strong>et</strong>, der bidrager til <strong>en</strong> lodr<strong>et</strong>r<strong>et</strong>t<strong>et</strong> kraft. Bemærkdesud<strong>en</strong> at nogle af kreds<strong>en</strong>e også har ledninger på bagsid<strong>en</strong>, og de tæller naturligvisogså med. De seks kredse har længder, der fremgår af ned<strong>en</strong>stå<strong>en</strong>de tabel:Strømkreds Længde L (cm)SF40 1,2SF37 2,2SF39 3,2SF38 4,2SF41 6,4SF42 8,4Sæt strømstyrk<strong>en</strong> på værdi<strong>en</strong> 2,0 A i alle målinger. For hver strømkreds, der isættesvippeholder<strong>en</strong>, måles vægt<strong>en</strong>s visning. Efter i hvert tilfælde at have oversat vægt<strong>en</strong>svisning til <strong>en</strong> kraft, haves seks samm<strong>en</strong>hør<strong>en</strong>de værdier af længd<strong>en</strong> L og kraft<strong>en</strong> F.Afbild F som funktion af L i Logger Pro. Passer samm<strong>en</strong>hæng<strong>en</strong> med teori<strong>en</strong>?Delforsøg 3 (Magn<strong>et</strong>felt<strong>et</strong>s styrke B varieres)Vælg strømkreds<strong>en</strong> SF42 med d<strong>en</strong> største længde som d<strong>en</strong> faste kreds i d<strong>et</strong>te delforsøg.Strømstyrk<strong>en</strong> sættes på d<strong>en</strong> konstante værdi 2,0 A. Magn<strong>et</strong><strong>en</strong>, der befinder sig i magn<strong>et</strong>holder<strong>en</strong>,består af 6 små magn<strong>et</strong>er, der hver især kan tages ud. Derved kan man laveforsøg med forskellige magn<strong>et</strong>feltstyrker. For hver opstilling måles magn<strong>et</strong>feltstyrk<strong>en</strong>med <strong>en</strong> hallsonde. Her kan man pass<strong>en</strong>de bruge <strong>et</strong> apparat fra NEVA (se næste side)med <strong>en</strong> Hallsonde tilslutt<strong>et</strong>. En Hallsonde er <strong>en</strong> lille flad kreds sidd<strong>en</strong>de på <strong>en</strong> stang.D<strong>en</strong> lille kreds skal anbringes i magn<strong>et</strong>felt<strong>et</strong>, så d<strong>en</strong> flade side er parallel med magn<strong>et</strong>feltgab<strong>et</strong>.For at aflæse magn<strong>et</strong>feltstyrk<strong>en</strong> skal man b<strong>en</strong>ytte <strong>et</strong> voltm<strong>et</strong>er. 1 Volt oversættesher til 0,1 T. Før man starter måleseri<strong>en</strong>, bør man lige anbringe Hallsond<strong>en</strong> i ZeroGauss Chamber og skrue på d<strong>en</strong> grønne knap på apparat<strong>et</strong> fra NEVA, så voltm<strong>et</strong>er<strong>et</strong>viser så tæt på 0 som muligt. Så er apparat<strong>et</strong> nulstill<strong>et</strong>.
4 © Erik Vestergaard – www.<strong>matematikfysik</strong>.dkAflæs for hver kombination af magn<strong>et</strong>er - dvs. for h<strong>en</strong>holdsvis 1, 2, 3, 4, 5 og 6 småmagn<strong>et</strong>ersidd<strong>en</strong>de i holder<strong>en</strong> – vægt<strong>en</strong>s visning og magn<strong>et</strong>feltstyrk<strong>en</strong> i gab<strong>et</strong>. Hervedkan man få samm<strong>en</strong>hør<strong>en</strong>de værdier af magn<strong>et</strong>feltstyrk<strong>en</strong> B og kraft<strong>en</strong> F. Afbild F somfunktion af B i Logger Pro. Passer samm<strong>en</strong>hæng<strong>en</strong> med teori<strong>en</strong>?